KR20150054226A - 계자권선형 동기모터 - Google Patents

Abstract

계자권선형 동기모터가 개시된다. 개시된 계자권선형 동기모터는 고정자 코일이 권선된 고정자와, 회전자 코일이 권선되며 고정자의 내측에 배치되는 회전자를 포함하며, 회전자는 회전자 코일이 권선되며 외주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되는 다수의 치를 포함하고, 치에는 고정자의 내주면과 일정 공극을 두고 접하는 회전자 슈가 형성되며, 회전자 슈는 치의 중심을 기준으로 양측이 상호 비 대칭하게 형성될 수 있다.

Description

계자권선형 동기모터 {WOUND ROTOR SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명의 실시예는 친환경 차량용 계자권선형 동기모터(WRSM)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동손을 저감하고 출력을 향상시킬 수 있는 계자권선형 동기모터의 회전자 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 대개 친환경 자동차로 불리우는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동모터" 라고 한다)에 의해 구동된다.

하이브리드 차량은 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.

이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(PMSM)를 사용한다. 이러한 영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화할 필요가 있다.

여기서, 영구자석 내의 네오디뮴(Nd)은 영구자석의 세기를 개선하며, 디스프로슘(Dy)은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다. 그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속 성분은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.

이를 개선하기 위해 최근에는 유도 전동기의 적용을 검토하고 있으나, 동일한 모터 성능을 발휘하기 위해서 부피, 중량 등의 사이즈 증대량이 과다한 제약이 있다.

한편, 당 업계에서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 계자권선형 동기모터(WRSM)에 대한 개발이 더욱 진행되고 있다.

계자권선형 동기모터는 영구자석형 동기모터(PMSM) 대비 약 10%의 최적 증대로 모터의 성능 발휘가 가능한데, 고정자 뿐만 아니라 회전자에도 코일을 권선하여 전류 인가 시 회전자를 전자석화 시켜 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.

그러나, 이와 같은 계자권선형 동기모터는 회전자에 권선 코일을 감아서 자속을 발생시키므로, 이에 회전자에서 동손이 발생하게 되어 설계 시에 이러한 동손 저감을 위해 노력하고 있다.

본 발명의 실시예들은 회전자의 구조를 간단하게 변경하여 동손 저감 및 출력 향상을 통한 모터의 효율 상승을 도모할 수 있고, 전체 모터의 무게를 저감시킬 수 있도록 한 계자권선형 동기모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터는, 고정자 코일이 권선된 고정자와, 회전자 코일이 권선되며 상기 고정자의 내측에 배치되는 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 회전자 코일이 권선되며 외주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되는 다수의 치를 포함하고, 상기 치에는 고정자의 내주면과 일정 공극을 두고 접하는 회전자 슈가 형성되며, 상기 회전자 슈는 상기 치의 중심을 기준으로 양측이 상호 비 대칭하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터에 있어서, 상기 치는 상기 회전자 코일이 감기는 코일 권선부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터에 있어서, 상기 회전자 슈는 고정자의 내륜 측에 대응하는 외륜부를 형성하며, 상기 코일 권선부에 일체로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터에 있어서, 상기 회전자 슈는 상기 코일 권선부에서 외륜부의 외륜 방향을 따라 일측으로 돌출되는 돌기부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터에 있어서, 상기 회전자 슈의 다른 일측에는 상기 코일 권선부와 동일 평면을 이루는 평면부가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 회전자를 구성하는 치의 회전자 슈를 상호 비 대칭되게 형성하여 토크 발생에 불필요한 자로를 제거함으로써 동손 저감 및 출력 향상(토크 증대)을 통한 모터의 효율 상승을 도모할 수 있고, 전체 모터의 무게를 저감시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터의 비교예로서 일반적인 계자권선형 동기모터의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터(100)는 친환경 자동차에서 전기 에너지로 구동력을 얻는 하이브리드 차량용 구동모터에 적용될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터(100)는 기본적으로, 고정자 코일(11)이 권선된 고정자(10)와, 회전자 코일(31)이 권선되며 고정자(10)의 내측으로 배치되는 회전자(30)를 포함하고 있다.

여기서, 회전자(30)의 내주면은 회전 샤프트(20)와 접하게 되고, 회전자(30)의 외주면은 고정자(10)의 내주면과 일정 공극을 두고 그 고정자(10)의 내측에 배치된다.

따라서, 상기 계자권선형 동기모터(100)는 고정자(10) 뿐만 아니라 회전자(30)에 코일(11, 31)을 각각 권선하여 전류인가 시 회전자(30)를 전자석화시키며 그 회전자(30)의 전자석과 고정자(10)의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터(100)는 회전자(30)의 구조를 간단하게 변경하여 동손 저감 및 출력 향상을 통한 모터의 효율 상승을 도모할 수 있고, 전체 모터의 무게를 저감시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 동기모터(100)에서 회전자(30)는 회전자 코일(31)이 권선되며 외주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되는 다수의 치(51)를 포함하고 있다.

즉, 상기 다수의 치(51)는 슬롯을 사이에 두고 회전자(30)의 코어 몸체에 외주 방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성되며, 이들 치(51) 사이의 슬롯에는 그 치(51)에 권선된 회전자 코일(31) 간 절연을 확보하기 위한 절연 구조물(도면에 도시되지 않음)이 삽입된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 치(51)는 회전자 코일(31)이 감기는 코일 권선부(53)와, 고정자(10)의 내주면과 일정 공극을 두고 접하는 회전자 슈(71)(당 업계에서는 통상 "루프부" 라고도 한다)를 포함하고 있다.

상기 코일 권선부(53)는 사각 형상의 코일 권선 몸체로 이루어지고, 회전자 슈(71)는 고정자(10)의 내륜 측(내주면)에 대응하는 외륜부(73)를 형성하며 코일 권선부(53)에 일체로 연결된다. 즉, 회전자 슈(71)는 도면을 기준할 때, 코일 권선부(53)의 상단부에 일체로 형성된다.

이러한 회전자 슈(71)는 본 발명의 실시예에서 치(51)의 중심 즉, 회전자(30)의 중심점으로 연결되는 중심을 기준으로 이의 양측(도면을 기준할 때 좌우 양측)이 상호 비 대칭하게 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 회전자 슈(71)는 코일 권선부(53)에서 외륜부(73)의 외륜 방향을 따라 일측(회전자의 회전 방향 쪽)으로 돌출되는 돌기부(77)를 형성하고 있다.

그리고, 상기 회전자 슈(71)의 다른 일측(회전자의 회전 방향 반대쪽)에는 코일 권선부(53)와 동일 평면을 이루는 평면부(79)를 형성하고 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 회전자 슈(71)의 일측에만 돌기부(77)를 형성하고, 회전자 슈(71)의 다른 일측은 돌기부(77)를 형성하지 않는 평평한 면으로 이루어진다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 동기모터(100)에 의하면, 도 2에서와 같이 회전자 슈(71)의 일측에만 돌기부(77)를 형성하고 있기 때문에, 토크 발생에 필요한 자로(磁路)를 회전자 슈(71)의 돌기부(77)를 통해 회전자(30)의 회전 방향 쪽으로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 회전자 슈(71)의 다른 일측이 돌기부(77)를 형성하지 않는 평평한 면으로 이루어짐에 따라, 회전자(30)의 회전 방향 반대쪽인 회전자 슈(71)의 다른 일측으로는 토크 발생에 불필요한 자로를 형성하지 않게 된다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 치(51)의 회전자 슈(71)를 상호 비 대칭되게 형성하여 토크 발생에 불필요한 자로를 제거함으로써 동손 저감 및 출력 향상(토크 증대)을 통한 모터의 효율 상승을 도모할 수 있고, 전체 모터의 무게를 저감시킬 수 있다.

한편, 비교예로서 일반적인 계자권선형 동기모터(200)는 도 3에서와 같이 회전자 슈(171)의 양측으로 돌기부(177)를 형성하고 있기 때문에, 회전자(130)의 회전 방향 반대쪽인 돌기부(177)를 통해 토크 발생에 불필요한 자로를 형성하게 되므로, 회전 반대 방향으로 토크를 발생시키며, 불필요한 손실을 야기시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 고정자 11... 고정자 코일
20... 회전 샤프트 30, 130... 회전자
31... 회전자 코일 51... 치(teeth)
53... 코일 권선부 71, 171... 회전자 슈
73... 외륜부 77, 177... 돌기부
79... 평면부

Claims (4)

1. 고정자 코일이 권선된 고정자와, 회전자 코일이 권선되며 상기 고정자의 내측에 배치되는 회전자를 포함하는 계자권선형 동기모터로서,
   상기 회전자는 회전자 코일이 권선되며 외주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되는 다수의 치를 포함하며,
   상기 치에는 고정자의 내주면과 일정 공극을 두고 접하는 회전자 슈가 형성되고, 상기 회전자 슈는 상기 치의 중심을 기준으로 양측이 상호 비 대칭하게 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기모터.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 치는 상기 회전자 코일이 감기는 코일 권선부를 포함하며,
   상기 회전자 슈는 고정자의 내륜 측에 대응하는 외륜부를 형성하며, 상기 코일 권선부에 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기모터.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 회전자 슈는,
   상기 코일 권선부에서 외륜부의 외륜 방향을 따라 일측으로 돌출되는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기모터.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 회전자 슈의 다른 일측에는 상기 코일 권선부와 동일 평면을 이루는 평면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기모터.

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